如何在云計算中使用虛擬磁盤(pán)？

虛擬化改變了計算機使用存儲的方式。就像物理機器抽象成虛擬機（VM：VirtualMachine）一樣，物理存儲設備也被抽象成虛擬磁盤(pán)（VirtualDisk）。今天我們就來(lái)聊聊虛擬化存儲（StorageVirtualization）技術(shù)，究竟虛擬磁盤(pán)是怎樣實(shí)現的？

虛擬磁盤(pán)的實(shí)現

我們知道，服務(wù)器擴展存儲的手段主要有直連存儲（DAS）、存儲區域網(wǎng)絡(luò )（SAN）和網(wǎng)絡(luò )附加存儲（NAS）這三種類(lèi)型。那么哪種存儲類(lèi)型可以用來(lái)實(shí)現虛擬磁盤(pán)呢？

在虛擬化環(huán)境中，類(lèi)似VMWare這樣的虛擬機管理程序hypervisor，要同時(shí)給很多VM分配存儲空間。這個(gè)過(guò)程中，我們需要先把物理存儲資源重新劃分成虛擬磁盤(pán)，然后再分配給VM.

顯然我們不能用DAS方式把物理磁盤(pán)直連到VM上，如果這樣，需要的物理磁盤(pán)就太多了。SAN是以邏輯單元（LUN：LogicUnit）的形式提供存儲資源，但虛擬環(huán)境下的VM數量很大，LUN的數量也不足以支撐這么多虛擬磁盤(pán)。更重要的一點(diǎn)，虛擬磁盤(pán)對于眾多的VM來(lái)說(shuō)是共享的，因為VM需要隨時(shí)創(chuàng )建、刪除或者遷移，在遷移VM的時(shí)候就需要共享存儲，只有這樣原來(lái)的數據才不會(huì )丟失。無(wú)論DAS還是SAN，都不適合共享存儲。

考慮到資源分配以及共享的問(wèn)題，hypervisor采用NAS的方式來(lái)實(shí)現虛擬磁盤(pán)。VMware通常采用VMFS（VirtualMachineFileSystem）或NFS協(xié)議來(lái)實(shí)現虛擬磁盤(pán)，VMFS是專(zhuān)門(mén)針對虛擬機環(huán)境的文件系統協(xié)議。

每個(gè)虛擬機的數據實(shí)際上就是一堆文件，最主要的文件就是虛擬磁盤(pán)文件（VMDK文件），此外還有交換分區文件（vswp文件，相當于swap）、非易失性?xún)却嫖募╪vram相當于bios）等。每個(gè)VM對虛擬磁盤(pán)的IO操作，實(shí)際上是對這個(gè)虛擬磁盤(pán)文件的讀寫(xiě)。

VMFS的設計、構建和優(yōu)化針對虛擬服務(wù)器環(huán)境，可讓多個(gè)虛擬機共同訪(fǎng)問(wèn)一個(gè)整合的群集式存儲池，從而顯著(zhù)提高了資源利用率。采用VMFS可實(shí)現資源共享，使管理員輕松地從更高效率和存儲利用率中直接獲益。

那么我們如何在中使用虛擬磁盤(pán)呢？

實(shí)例存儲

最主要的一種使用虛擬磁盤(pán)的方式就是實(shí)例存儲，每一個(gè)VM就是一個(gè)虛擬機實(shí)例，hypervisor在每個(gè)實(shí)例中提供仿真的硬件環(huán)境，包括CPU、內存和磁盤(pán)。這種方式，使得虛擬磁盤(pán)成為虛擬機實(shí)例的一部分，就像物理世界一樣。VM刪除后，虛擬磁盤(pán)也會(huì )被刪除。

這種實(shí)例存儲模型中，虛擬磁盤(pán)與虛擬機之間的存儲關(guān)系，實(shí)際上是DAS存儲。但虛擬磁盤(pán)的底層實(shí)現，上面我們說(shuō)了，是用NAS方式實(shí)現的。而hypervisor的作用就是把VM層的存儲模型，與虛擬機下層的實(shí)現協(xié)議（VMFS或NFS）分離開(kāi)了。

卷存儲

實(shí)例存儲有它的限制，開(kāi)發(fā)者一般希望把實(shí)例數據（比如OS以及安裝的一些服務(wù)器應用軟件）和用戶(hù)數據分開(kāi)，這樣重建VM的時(shí)候可以保留用戶(hù)的數據。

這個(gè)需求衍生出另外一種存儲模型：卷存儲。卷是存儲的主要單位，相當于一個(gè)虛擬的磁盤(pán)分區。不屬于虛擬機實(shí)例的一部分，可以認為是虛擬機的外置存儲設備。

卷可以從一個(gè)VM卸下，然后附加給另外一個(gè)VM.這樣我們就實(shí)現了實(shí)例數據與用戶(hù)數據的分離。OpenStack的Cinder就是一個(gè)卷存儲的實(shí)現。

除了實(shí)例存儲和卷存儲，最后我們再說(shuō)一說(shuō)另外一種比較特殊的虛擬化存儲：對象存儲。

對象存儲

很多云應用需要在不同的VM之間共享數據，經(jīng)常需要跨越多個(gè)，對象存儲可以解決這個(gè)問(wèn)題。

在對象存儲模型中，數據存儲在存儲段（bucket）中，按字面意思bucket也可以被稱(chēng)為“桶”。我們可以用硬盤(pán)進(jìn)行類(lèi)比，對象就好比文件，存儲段就像是文件夾（或目錄）。對象和存儲段可以通過(guò)統一資源標識符（URI：UniformResourceIdentifier）查找。

對象存儲的核心設計思想其實(shí)也是虛擬化，具體說(shuō)來(lái)，就是把文件的物理存儲位置，比如卷、目錄、磁盤(pán)等，虛擬化為bucket，把文件虛擬化為對象。對應用層來(lái)說(shuō)，簡(jiǎn)化了對數據的存取訪(fǎng)問(wèn)，屏蔽了底層存儲技術(shù)的異構性和復雜性。

當然你也許會(huì )問(wèn)，NAS存儲技術(shù)不是也可以解決數據共享的問(wèn)題嗎？

由于對象存儲的規模優(yōu)勢和成本優(yōu)勢，很多云環(huán)境采用對象存儲來(lái)代替NAS.由于對象存儲將遍布于很多節點(diǎn)且最新的數據并非總是可用，所以對象存儲的數據一致性不強。如果對強一致性有要求，那么可以使用NAS.目前在云計算環(huán)境下，NAS和對象存儲是共存的關(guān)系。和NAS一樣，對象存儲也是軟件架構，不是硬件架構。應用直接通過(guò)RESTAPI來(lái)訪(fǎng)問(wèn)對象存儲。

結語(yǔ)

在實(shí)際的云平臺應用中，我們需要根據自己的實(shí)際情況來(lái)合理運用不同的虛擬化存儲技術(shù)。

對于非結構化的靜態(tài)數據文件，如音視頻、圖片等，我們一般使用對象存儲。對于系統鏡像以及應用程序，我們需要使用實(shí)例存儲或者卷存儲。對于應用產(chǎn)生的動(dòng)態(tài)數據，我們一般還需要利用云數據庫來(lái)對數據進(jìn)行管理。